關(guān)于加濕器不同水槽結(jié)構(gòu)中干燒保護(hù)的研究

張 夢 鞏 猛 張宏偉 馬 星 王俊森 孫玉超 戴國良

格力大松(宿遷)生活電器有限公司 安徽 宿遷223800

引言

隨著人們對(duì)生活質(zhì)量追求的不斷提升,加濕器作為增加空氣濕潤、輔助補(bǔ)水的生活家電產(chǎn)品,越來越受到消費(fèi)者的喜愛。近年來,各家電企業(yè)為博得顧客眼球,占有更多加濕器市場份額,其產(chǎn)品設(shè)計(jì)上也呈現(xiàn)出了百花齊放的追風(fēng)氛圍。但多數(shù)家電企業(yè)仍更多側(cè)重于加濕器性能上的拓展、材料上的選擇以及外觀上的設(shè)計(jì),對(duì)其水槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)和散熱系統(tǒng)的研究卻極其甚微。基于此,本文結(jié)合兩款不同結(jié)構(gòu)的加濕器,從散熱系統(tǒng)、水槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),提出一種加濕器最佳水槽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。

1 加濕器干燒保護(hù)原理

加濕器主要由水箱、底座、風(fēng)機(jī)裝置、控制器、霧化板支架、超聲波霧化片、開關(guān)旋鈕、電源適配器八大部分構(gòu)成,其中控制器、霧化板支架、超聲波霧化片組成的霧化器部件實(shí)現(xiàn)加濕器的各項(xiàng)功能控制,如圖1所示。

圖1 霧化器結(jié)構(gòu)示意圖

在加濕器工作過程中,超聲波霧化片利用電子高頻震蕩將液態(tài)水分子打散變成水霧,風(fēng)機(jī)裝置將水霧送出,即實(shí)現(xiàn)空氣加濕功能。同時(shí),控制器中的采樣電路每間隔0.1 秒對(duì)超聲波霧化片發(fā)射超聲能量進(jìn)行一次采樣對(duì)比,5次一個(gè)循環(huán)。當(dāng)水箱中水量不足時(shí),超聲波霧化片的超聲能量相比正常工作狀態(tài)下較低,檢測兩個(gè)循環(huán)超聲能量仍低于正常值時(shí)確認(rèn)為加濕器已處于干燒狀態(tài)。干燒保護(hù)電路啟動(dòng),控制整機(jī)停止工作并進(jìn)行報(bào)警顯示。

2 失效現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)方法介紹

2.1 失效現(xiàn)象 B型號(hào)加濕器在長期壽命運(yùn)行試驗(yàn)中,缺水狀態(tài)下干燒保護(hù)電路不啟動(dòng)且報(bào)警顯示功能不動(dòng)作,整機(jī)持續(xù)干燒直至注塑件燒熔變形后停止工作,拆機(jī)檢查加濕器內(nèi)部發(fā)現(xiàn)底座水槽處燒焦,霧化器上的超聲波霧化片焊點(diǎn)脫落,線材表皮高溫熔化。

2.2 實(shí)驗(yàn)介紹 結(jié)合我司加濕器產(chǎn)品生產(chǎn)情況,B型號(hào)異常加濕器霧化器同步適用于A型號(hào)加濕器,兩款機(jī)型僅B型號(hào)存在干燒保護(hù)失效異常。根據(jù)此現(xiàn)象,制定從系統(tǒng)散熱情況、工作時(shí)溫度和內(nèi)部水槽結(jié)構(gòu)件三方面著手,對(duì)兩款機(jī)型展開對(duì)比實(shí)驗(yàn),分析導(dǎo)致加濕器持續(xù)干燒的原因。

3 實(shí)驗(yàn)分析

3.1 散熱系統(tǒng)分析 兩種機(jī)型加濕器均采用水冷加風(fēng)冷結(jié)合散熱方式,即霧化板支架和超聲波霧化片與水接觸,將部分熱量傳遞到水中,支架下部與空氣接觸,將部分熱量傳遞到空氣,然后風(fēng)機(jī)吹風(fēng)的時(shí)候通過空氣循環(huán)將熱量散出。

加濕器主要熱量來源為控制器上三極管的做功發(fā)熱,雖整機(jī)風(fēng)道設(shè)計(jì)較為密封,但采取的水冷卻和風(fēng)散熱能夠有效地使熱量消散,同時(shí)空氣并非為熱的良導(dǎo)體,因此,加濕器散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并非是導(dǎo)致加濕器干燒保護(hù)失效的直接因素。

3.2 溫度實(shí)驗(yàn) 對(duì)整機(jī)進(jìn)行少量加水,加水量為1/4量杯,運(yùn)行以模擬使用過程中出現(xiàn)干燒的問題,同時(shí)在加濕器霧化板支架三極管附近、霧化板支架遠(yuǎn)端和超聲波霧化片壓片處布點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測工作溫度,以此測試干燒直至報(bào)警時(shí)器件溫度。共監(jiān)測15次干燒狀態(tài)下測試點(diǎn)溫度,其溫度變化數(shù)據(jù)如表所示。

表1 測試點(diǎn)干燒溫度情況

經(jīng)過15次循環(huán)干燒以后,機(jī)型A經(jīng)過15次干燒循環(huán),布點(diǎn)測試溫度基本在0—2.5 ℃內(nèi)增加,與技術(shù)參數(shù)相符。機(jī)型B布點(diǎn)處監(jiān)測到的各點(diǎn)溫度變化增加約10℃,另外機(jī)型B加濕器干燒運(yùn)行一段時(shí)間后,超聲波霧化片處的溫度變高,長時(shí)間干燒溫度達(dá)到150℃以上。

超聲波霧化片處的異常溫度可以判斷出超聲波霧化片工作狀態(tài)長時(shí)間處在不穩(wěn)定的狀態(tài),而干燒狀態(tài)下的超聲波霧化片的主要作用是反饋干燒信號(hào),且兩款機(jī)型的超聲波霧化片無差異,因此需要考慮內(nèi)部結(jié)構(gòu)件的因素。

3.3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)件影響功能對(duì)比實(shí)驗(yàn) 對(duì)機(jī)型A、B加濕器分別進(jìn)行3 ml、1 ml定量加水運(yùn)行實(shí)驗(yàn),測試開機(jī)到干燒保護(hù)停機(jī)的運(yùn)行時(shí)間,表2為機(jī)型A和機(jī)型B加濕器干燒保護(hù)實(shí)驗(yàn)停機(jī)時(shí)長。

表2 A、B機(jī)型在1 ml和3 ml水量下的干燒保護(hù)反應(yīng)時(shí)間

加濕器機(jī)型A在1 ml水量情況下約13S內(nèi)水就被霧化完控制器報(bào)干燒保護(hù)停機(jī),相比機(jī)型B加濕器報(bào)干燒保護(hù)時(shí)間減少約30s,即對(duì)于同樣的水量機(jī)型B加濕器需要更多的時(shí)間去接收、判斷干燒信號(hào),即是水在結(jié)構(gòu)件中的狀態(tài)影響了超聲霧化片判定、反饋干燒信號(hào)。

觀察兩款加濕器的內(nèi)部結(jié)構(gòu),兩款加濕器的水槽采用不同結(jié)構(gòu),其水槽結(jié)構(gòu)如下圖所示,機(jī)型A 水槽采用單側(cè)進(jìn)水方式,環(huán)形水槽處為平滑狀結(jié)構(gòu),機(jī)型B水槽采用雙側(cè)進(jìn)水方式,且環(huán)形水槽處為凹凸不平狀。

圖2 機(jī)型A和B水槽結(jié)構(gòu)圖

機(jī)型A水槽結(jié)構(gòu)為環(huán)形平滑狀,因此在水量不足時(shí)水會(huì)均勻呈環(huán)狀面分布在水槽和超聲波霧化片之間,所受的張力和重力方向一致且均勻。機(jī)型B加濕器底座與霧化板接觸的環(huán)形水槽結(jié)構(gòu)是呈凹凸不平的,當(dāng)水量不足時(shí),殘余水聚集在水槽的凹陷處,殘余水附著在水槽與超聲波霧化片之間,此時(shí)水滴內(nèi)部的附著力和重力受力不對(duì)稱,水附著力大于重力,水分子的合力垂直于附著層指向超聲波霧化片,從而超聲波霧化片與殘留水相互作用力由面接觸變?yōu)辄c(diǎn)接觸。點(diǎn)接觸與面接觸相比接觸面積更小,同時(shí)受各凹坑點(diǎn)水量、受力不一致影響,各點(diǎn)與超聲波霧化片接觸時(shí)間不一致,變?yōu)榛煦珉S機(jī)狀態(tài)。

3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論 綜上,通過對(duì)兩組不同結(jié)構(gòu)的加濕器進(jìn)行散熱系統(tǒng)分析、干燒循環(huán)溫度實(shí)驗(yàn)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)件功能影響實(shí)驗(yàn),從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以分析出,加濕器干燒保護(hù)失效的根本原因?yàn)榘纪共黄綘畹乃劢Y(jié)構(gòu)中殘留水受到重力和附著力影響導(dǎo)致分布不均勻,與超聲波霧化片接觸變?yōu)辄c(diǎn)混沌狀態(tài),長期運(yùn)行過程中使B型號(hào)超聲波霧化片在特定情況下干燒信號(hào)采樣不穩(wěn)定,采樣電路無法在2個(gè)循環(huán)中形成有效監(jiān)控,最終導(dǎo)致機(jī)型B加濕器無法正常啟動(dòng)干燒保護(hù)電路,造成注塑件高溫熔融變形。

4 水槽設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 水槽設(shè)計(jì) 水槽的凹凸結(jié)構(gòu)很大程度上影響殘余水的附著力受力方向,因此對(duì)水槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化方案為阻擋殘水不斷從水槽開口處回流至凹陷處以及減少低水位干燒時(shí)間,定型方案為水槽兩側(cè)開口處增加擋水筋,其結(jié)構(gòu)圖如下所示:

圖3 水槽實(shí)物結(jié)構(gòu)圖

4.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 為了驗(yàn)證此方案的可行性,對(duì)此設(shè)計(jì)方案的加濕器展開老化驗(yàn)證,同時(shí)使用原結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),其中兩臺(tái)加濕器的控制器電路和散熱系統(tǒng)保持不變。

對(duì)整機(jī)進(jìn)行少量加水3 ml運(yùn)行以模擬使用過程中出現(xiàn)干燒的問題,同時(shí)在加濕器霧化板超聲波霧化片處布點(diǎn),測試干燒時(shí)候器件溫度,經(jīng)過多次干燒循環(huán),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)情況如下所示:

表3 原結(jié)構(gòu)和新結(jié)構(gòu)的干燒溫度和干燒保護(hù)時(shí)間范圍

使用原結(jié)構(gòu)的加濕器在測試時(shí)出現(xiàn)異常8次,故障率1.3 %,且干燒溫度已達(dá)97.4 ℃。使用新結(jié)構(gòu)的加濕器運(yùn)行600次均無異常,干燒溫度最高達(dá)78.3 ℃。新結(jié)構(gòu)的加濕器在干燒溫度值上明顯低于原結(jié)構(gòu)10℃—20℃,在干燒保護(hù)時(shí)間范圍上縮短至少3分鐘,因此可以判定新結(jié)構(gòu)即在水槽兩側(cè)開口處增加擋水筋的設(shè)計(jì)方案可靠有效。

5 總結(jié)

改變?cè)械乃劢Y(jié)構(gòu),將其兩側(cè)開口處增加擋水筋,該設(shè)計(jì)方案能夠臨界狀態(tài)下及時(shí)通過超聲波霧化片工作將水槽內(nèi)殘水快速霧化排完,而擋水筋的結(jié)構(gòu)可以避免少量殘水以后未完全霧化的水滴重新回到水槽中,超聲波霧化片可以及時(shí)反饋干燒采樣信號(hào),在一定程度上提升整機(jī)干燒保護(hù)的反映時(shí)間,有效避免加濕器干燒發(fā)生安全隱患問題,同時(shí)也為后續(xù)其他加濕器新品的設(shè)計(jì)具有一定指導(dǎo)意義。